Los Júpiter calientes son algunos de los planetas más extremos de la galaxia. Estos mundos abrasadores son tan masivos como Júpiter, y giran salvajemente cerca de su estrella, dando vueltas en unos pocos días en comparación con la órbita pausada de nuestro propio gigante gaseoso de 4.000 días alrededor del sol.
Sin embargo, los científicos sospechan que los Júpiter calientes no siempre fueron tan calientes y de hecho pueden haberse formado como “Júpiter fríos”, en entornos más fríos y distantes. Pero cómo evolucionaron hasta convertirse en los gigantes gaseosos que abrazan las estrellas que los astrónomos observan hoy es una gran incógnita.
Ahora, los astrónomos del MIT, la Universidad Estatal de Pensilvania y otros lugares han descubierto un “progenitor” de Júpiter caliente, una especie de planeta juvenil que está en proceso de convertirse en un Júpiter caliente. Y su órbita está proporcionando algunas respuestas sobre cómo evolucionan los Júpiter calientes.
El nuevo planeta, que los astrónomos etiquetaron como TIC 241249530 b, orbita una estrella que está a unos 1.100 años luz de la Tierra. El planeta orbita su estrella en una órbita muy “excéntrica”, lo que significa que se acerca mucho a la estrella antes de lanzarse hacia afuera, luego se dobla hacia atrás, en un circuito elíptico estrecho. Si el planeta fuera parte de nuestro sistema solar, se acercaría diez veces más al sol que Mercurio, antes de lanzarse hacia afuera, justo más allá de la Tierra, y luego volvería a girar. Según las estimaciones de los científicos, la órbita estirada del planeta tiene la mayor excentricidad de cualquier planeta detectado hasta la fecha.
La órbita del nuevo planeta también es única en su orientación “retrograda”. A diferencia de la Tierra y otros planetas del sistema solar, que orbitan en el mismo sentido en que gira el sol, el nuevo planeta viaja en una dirección contraria a la rotación de su estrella.
El equipo ejecutó simulaciones de dinámica orbital y encontró que la órbita altamente excéntrica y retrógrada del planeta son señales de que probablemente está evolucionando hacia un Júpiter caliente, a través de la “migración de alta excentricidad”, un proceso por el cual la órbita de un planeta se tambalea y se encoge progresivamente a medida que interactúa con otra estrella o planeta en una órbita mucho más amplia.
En el caso de TIC 241249530 b, los investigadores determinaron que el planeta orbita alrededor de una estrella primaria que a su vez orbita alrededor de una estrella secundaria, como parte de un sistema estelar binario. Las interacciones entre las dos órbitas, la del planeta y la de su estrella, han provocado que el planeta migre gradualmente hacia su estrella con el tiempo.
La órbita del planeta es actualmente de forma elíptica, y el planeta tarda unos 167 días en completar una vuelta alrededor de su estrella. Los investigadores predicen que en 1.000 millones de años, el planeta migrará a una órbita mucho más ajustada y circular, momento en el que orbitará su estrella cada pocos días. En ese momento, el planeta habrá evolucionado completamente a un Júpiter caliente.
“Este nuevo planeta respalda la teoría de que la migración de alta excentricidad debería explicar una parte de los Júpiter calientes”, dice Sarah Millholland, profesora asistente de física en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Creemos que cuando se formó este planeta, habría sido un mundo helado. Y debido a la dinámica orbital dramática, se convertirá en un Júpiter caliente en unos mil millones de años, con temperaturas de varios miles de Kelvin. Por lo tanto, es un cambio enorme desde donde comenzó”.
Millholland y sus colegas publicarán sus hallazgos en la revista Nature. Sus coautores son el estudiante de pregrado del MIT Haedam Im, el autor principal Arvind Gupta de la Universidad Estatal de Pensilvania y NSF NOIRLab, y colaboradores de varias otras universidades, instituciones y observatorios.
“Estaciones radicales”
El nuevo planeta fue descubierto por primera vez en datos tomados por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, una misión liderada por el MIT que monitorea el brillo de las estrellas cercanas en busca de “tránsito”, o breves descensos en la luz de las estrellas que podrían indicar la presencia de un planeta pasando por delante, y bloqueando temporalmente, la luz de una estrella.
El 12 de enero de 2020, TESS detectó un posible tránsito de la estrella TIC 241249530. Gupta y sus colegas de la Universidad Estatal de Pensilvania determinaron que el tránsito era consistente con un planeta del tamaño de Júpiter cruzando frente a la estrella. Luego adquirieron mediciones de otros observatorios de la velocidad radial de la estrella, que estima el bamboleo de una estrella, o el grado en que se mueve hacia adelante y hacia atrás, en respuesta a otros objetos cercanos que podrían tirar gravitacionalmente de la estrella.
Esas mediciones confirmaron que un planeta del tamaño de Júpiter estaba orbitando la estrella y que su órbita era altamente excéntrica, acercando el planeta extremadamente a la estrella antes de lanzarlo hacia afuera.
Antes de esta detección, los astrónomos solo conocían otro planeta, HD 80606 b, que se creía que era un Júpiter caliente temprano. Ese planeta, descubierto en 2001, tenía el récord de tener la mayor excentricidad, hasta ahora.
“Este nuevo planeta experimenta cambios realmente dramáticos en la luz de las estrellas a lo largo de su órbita”, dice Millholland. “Debe haber estaciones realmente radicales y una atmósfera absolutamente abrasadora cada vez que pasa cerca de la estrella”.
“Baile de órbitas”
¿Cómo podría un planeta haber caído en una órbita tan extrema? ¿Y cómo podría evolucionar su excentricidad con el tiempo? Para obtener respuestas, Im y Millholland realizaron simulaciones de dinámica orbital planetaria para modelar cómo el planeta pudo haber evolucionado a lo largo de su historia y cómo podría continuar durante cientos de millones de años.
El equipo modeló las interacciones gravitatorias entre el planeta, su estrella y la segunda estrella cercana. Gupta y sus colegas habían observado que las dos estrellas orbitan entre sí en un sistema binario, mientras que el planeta orbita simultáneamente la estrella más cercana. La configuración de las dos órbitas es algo así como un artista de circo haciendo girar un hula hup alrededor de su cintura, mientras hace girar un segundo hula hup alrededor de su muñeca.
Millholland e Im realizaron múltiples simulaciones, cada una con un conjunto diferente de condiciones iniciales, para ver qué condición, al ejecutarse hacia adelante durante varios miles de millones de años, produjo la configuración de las órbitas planetarias y estelares que el equipo de Gupta observó en la actualidad. Luego, ejecutaron la mejor coincidencia aún más hacia el futuro para predecir cómo evolucionará el sistema durante los próximos miles de millones de años.
Estas simulaciones revelaron que el nuevo planeta probablemente está en proceso de evolucionar hacia un Júpiter caliente: hace varios miles de millones de años, el planeta se formó como un Júpiter frío, lejos de su estrella, en una región lo suficientemente fría como para condensarse y tomar forma. Recientemente formado, el planeta probablemente orbitó la estrella en una trayectoria circular. Sin embargo, esta órbita convencional se estiró gradualmente y se volvió excéntrica, ya que experimentó fuerzas gravitatorias de la órbita desalineada de la estrella con su segunda estrella binaria.
“Es un proceso bastante extremo en el sentido de que los cambios en la órbita del planeta son masivos”, dice Millholland. “Es un gran baile de órbitas que ocurre durante miles de millones de años, y el planeta simplemente va de paseo”.
En otros mil millones de años, las simulaciones muestran que la órbita del planeta se estabilizará en una trayectoria circular cercana a su estrella.
“Entonces, el planeta se convertirá completamente en un Júpiter caliente”, dice Millholland.
Las observaciones del equipo, junto con sus simulaciones de la evolución del planeta, respaldan la teoría de que los Júpiter calientes pueden formarse a través de la migración de alta excentricidad, un proceso por el cual un planeta se mueve gradualmente a su lugar a través de cambios extremos en su órbita con el tiempo.
“Está claro no solo por esto, sino también por otros estudios estadísticos, que la migración de alta excentricidad debería explicar una parte de los Júpiter calientes”, observa Millholland. “Este sistema destaca cuán increíblemente diversos pueden ser los exoplanetas. Son mundos extraños misteriosos que pueden tener órbitas salvajes que cuentan una historia de cómo llegaron allí y hacia dónde van. Para este planeta, aún no ha terminado su viaje”.
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Escrito por Jennifer Chu, MIT News
Revista
Naturaleza
Título del artículo
“Un progenitor de Júpiter caliente en una órbita super-excéntrica y retrógrada”
